Автоматическое планирование траектории – актуальная научно-техническая задача, решения которой востребованы во многих областях: беспилотный транспорт, роботизированная логистика, социальная робототехника и т.д. Зачастую при планировании траектории необходимо учитывать тот факт, что агент (робот, беспилотный автомобиль и др.) не может произвольно менять ориентацию при движении, другими словами – необходимо учитывать кинематические ограничения при планировании. Одним из широко-распространенных подходов к решению этой задачи является подход, опирающийся на конструирование траектории из заранее подготовленных фрагментов, примитивов движения, каждый из которых в свою очередь удовлетворяет кинематическим ограничениям. Зачастую, акцент при разработке методов, реализующих этот подход, делается на сокращении перебора вариантов при планировании (эвристический поиск), при этом сам набор доступных примитивов считается заданным извне. В этой же работе, мы наоборот ставим своей целью провести исследование и анализ влияния различных доступных примитивов движения на качество решения задачи планирования при фиксированном алгоритме поиска. В частности, рассматриваются 3 различных набора примитивов движения для колесного робота с дифференциальным приводом. В качестве алгоритма поиска используется известный в искусственном интеллекте и робототехнике алгоритм A*. Качество решения оценивается по 6 метрикам, включая время планирования, длину и кривизну результирующей траектории. На основании проведенного исследования делаются выводы о факторах, оказывающих наибольшее влияние на результат планирования, и даются рекомендации по построению примитивов движения, использование которых позволяет достичь баланса между скоростью работы алгоритма планирования и качеством отыскиваемых траекторий.
В данной статье предложены алгоритмы планирования и управления движением мобильного робота в двухмерной стационарной среде с препятствиями. Задача состоит в том, чтобы сократить длину запланированного пути, учесть динамические ограничения робота и получить плавную траекторию. Для учета динамических ограничений мобильного робота на карту добавляются виртуальные препятствия, перекрывающие невыполнимые участки движения. Такой способ учета динамических ограничений позволяет использовать картографические методы без увеличения их сложности. В качестве алгоритма глобального планирования используется модифицированная версия алгоритма быстрого исследования случайных деревьев (Multi parent nodes RRT – MPN-RRT). В этом алгоритме, в отличие от оригинальной версии, используется несколько родительских узлов, что уменьшает длину запланированной траектории по сравнению с исходной версией RRT с одним узлом. Кратчайший путь на построенном графе находится с помощью алгоритма оптимизации муравьиной колонии. Методами численного моделирования показано, что использование двух родительских узлов позволяет уменьшить среднюю длину пути для городской среды с низкой плотностью застройки. Для решения проблемы медленной сходимости алгоритмов, основанных на случайном поиске и сглаживании путей, алгоритм RRT дополнен алгоритмом локальной оптимизации. Алгоритм RRT ищет глобальный путь, который сглаживается и оптимизируется итеративным локальным алгоритмом. Алгоритмы управления нижнего уровня, разработанные в этой статье, автоматически уменьшают скорость робота при приближении к препятствиям или повороте. Общая эффективность разработанных алгоритмов продемонстрирована методами численного моделирования с использованием большого количества экспериментов.
Рассматривается задача исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами (АПО) – материальными объектами, перемещающимися в пространстве и осуществляющими информационное, вещественное и энергетическое взаимодействие с объектами и пунктами управления, другими АПО. Применение АПО по назначению обычно регламентируется жесткими требованиями, поэтому любая временная задержка или неполное достижение целевого эффекта недопустимы. Причиной срыва выполнения целевой задачи может быть разработка некорректного плана применения средств управления, процесс реализации которого оказывается неустойчивым вследствие влияния случайных факторов либо целенаправленных воздействий среды и других систем. В статье рассматриваются проблемные вопросы комплексного исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами. Авторами предлагаются количественные и качественные методы оценивания устойчивости планов, пути и способы обеспечения требуемых уровней устойчивости. При этом задача планирования рассматривается как динамическая, предусматривающая корректировку плана за счет организационных, структурных и программно-алгоритмических мероприятий по обеспечению устойчивости
Планирование пути для автономных мобильных устройств является важной задачей в робототехнике. При планировании пути принято использовать один из двух классических подходов: глобальный, когда карта полностью известна, и локальный, в котором устройство по мере движения обнаруживает препятствия с помощью различных бортовых датчиков. На основе этих двух подходов также создаются алгоритмы, сочетающие в себе сильные стороны глобального и локального планирования.
В ходе предыдущих исследований нами был разработан и реализован в среде Matlab прототип многокритериального сплайн-алгоритма глобального построения маршрута. Алгоритм использует граф Вороного при вычислении первой аппроксимации маршрута для запуска итерационного метода, что позволило находить путь во всех конфигурациях карты при условии существования пути от начальной точки до целевой точки. В ходе итеративного поиска использовалась целевая функция, в которой каждому критерию присваивался его вес в целевой функции. Для реализации критериев в том числе использовался метод потенциальных полей.
В данной статье представлена реализация модифицированного сплайн-алгоритма для применения его на реальных автономных мобильных робототехнических системах. Для этого проводится корректирование уравнений характеристических критериев оптимальности пути. Карта препятствий, представленная в ранней версии алгоритма в виде пересечений кругов, в реальных условиях может быть представлена в виде динамически изменяемой вероятностной карты на основе сетки занятости (OccupancyGrid), а робот уже не представляет из себя геометрическую точку.
Для реализации сплайн-алгоритма и дальнейшего использования его в системах управления реальных мобильных робототехнических устройств исходный код прототипа алгоритма был перенесен из среды Matlab в модуль программного обеспечения, написанный на языке программирования С++. Тестирование быстродействия алгоритма и оптимальность многокритериальной целевой функции проводились в среде ROS/Gazebo, являющимся на сегодняшний день де-факто стандартом программирования и моделирования робототехнических устройств.
Полученный в результате сплайн-алгоритм поиска пути можно интегрировать в системы управления наземных колесных и гусеничных робототехнических устройств, оборудованных лазерным дальномером, а также модифицировать предложенный алгоритм для использования шагающими наземными роботами, беспилотными летающими аппаратами и беспилотными судами. Алгоритм работает в режиме реального времени и параметры влияния критериев на целевую функцию доступны для динамических изменений во время движения мобильного робота.
Главным предназначением сервисных роботов является помощь людям в непромышленных средах, таких как дома или офисы. Для достижения своей цели сервисные роботы должны обладать несколькими навыками, например распознавание и манипулирование объектом, обнаружение и распознавание лиц, распознавание и синтез речи, планирование задач и одним из самых важных навыков — навигация в динамических средах. В статье описывается полностью внедренная система планирования движения, которая учитывает все: начиная от алгоритмов движения и планирования пути до пространственного представления и активной навигации на основе поведения. Предлагаемая система реализована в бытовом сервисном роботе под названием «Юстина», конструкция которого основана на робототехнической архитектуре под названием «ViRBot», использующейся для контроля действий виртуальных и реальных роботов, которая охватывает несколько уровней абстракции от низкоуровневого управления до символьного планирования. Мы оценили наш проект как в симулированной, так и в реальной среде и сравнили его с классическими реализациями. Для тестов мы использовали карты, полученные из реальных сред (Лаборатория биороботов и Robocup@Home arena), и карты, созданные из препятствий со случайными положениями и формами. Для сравнения использовалось несколько параметров: общее пройденное расстояние, количество столкновений, количество достигнутых целей и средняя исполнительная скорость. Наш проект значительно улучшился как в реальных, так и в симуляционных тестах. Представлены экспериментальные результаты успешно протестированной системы в контексте конкурса RoboCup@Home.
Важной задачей современного общества является обеспечение людей с ограниченными возможностями всеми правами, в частности, правами на свободное передвижение. В статье представлена реализация проекта «Социальный навигатор» нацеленного на создание информационной инфраструктуры для поддержки людей с ограниченными возможностями при самостоятельном передвижении по населенному пункту. В проекте реализованы технологии, расширяющие возможности современных программных инструментов построения маршрутов. Рассмотрены способы организации и использования данных об имеющихся дорожных препятствиях, о доступности объектов социальной значимости. Особое внимание уделяется оценке сложности препятствий в зависимости от видов ограничений возможностей пользователей и влиянию препятствий на доступность маршрута. В рамках проекта реализована задача построения маршрута с учетом типа дорог и наличия препятствий, а также проведена адаптация информации стандартных картографических сервисов к использованию для построения пешеходных маршрутов для людей с ограничениями. Программная инфраструктура включает в себя сервисы для сбора препятствий и их экспертной оценки, картографический сервис для генерации графа дорог, сервис для сбора данных о доступности социальных объектов, приложение, позволяющее строить маршруты и осуществлять навигацию используя мобильное устройство. Для конечных пользователей доступны web и мобильные версии реализованных сервисов. Предложенная инфраструктура повышает качество жизни людей с ограниченными возможностями за счет организации их личной мобильности, упрощения доступа к социальным услугам и сервисам, полноценного вовлечения в жизнь местного сообщества.
В статье выполняется обзор традиционных и инновационных систем планирования миссий космических аппаратов, выполняющих задачи наблюдения целевых объектов на Земле и/или в космическом пространстве. В традиционных системах планирования космические аппараты выполняют планы, рассчитанные на Земле. В таком случае возникает ряд объективных недостатков, которые могут существенно ограничивать эффективность использования космических аппаратов и их ресурсов. В статье приводится описание и анализ таких недостатков. Наличие таких недостатков и новые постановки задач, возникающие в связи с тенденцией использования малых космических аппаратов, являются основными причинами развития инновационных методов и систем планирования. Инновационные методы и системы планирования главным об-разом предполагают развитие двух основных возможностей: автономное адаптивное планирование на борту космических аппаратов и информационное взаимодействие между ними. Развитие второй возможности рассматривается как основа для обеспечения адаптивного группового поведения космических аппаратов.
В обзоре рассматриваются примеры инновационных систем планирования, которые либо уже используются в экспериментальных режимах в текущих миссиях, либо находятся на стадии исследований, на уровне компьютерного моделирования. Статья также содержит обзор нескольких перспективных решений в области связи между космическими аппаратами, так как возможность использования таких решений оказывает существенное влияние на постановку задачи планирования миссий космических аппаратов.
В статье описывается программный комплекс, обеспечивающий имитационное моделирование сценариев развития малых инновационных предприятий. Отличительной особенностью представленного решения является возможность определения точек принятия решений о структурных преобразованиях и использование «обратного» прогнозирования для определения исходных условий.
В данной статье излагаются результаты исследований по планированию маршрутов автономных подвижных объектов на априорно сформированной многовариантной модели маршрута (МММ) как множестве альтернативных путей из начальной точки в целевую. Построение МММ основывается на компьютерном методе функционально-воксельного моделирования, сочетающем аналитическую форму описания 3D-сцены с воксельным представлением ее локальных геометрических характеристик. Синтез управления движением и стабилизация траектории движения обеспечиваются представлением объекта управления в форме многорежимной модели и применением к ней метода редукции.
В работе рассматривается задача оперативного планирования перевозок сборных грузов. Организация перевозок сборных грузов в реальной практике выполняется на основе априори составленного расписания рейсов. В соответствии с этим задача оперативного планирования рассматривается как адаптивная коррекция рейсов по текущей ситуации.
В статье рассматривается задача коррекции планов работы информационной системы наземно-космического мониторинга с учетом текущей информации, приводится обобщенный алгоритм программно-позиционного управления и результаты его работы на численном примере.
Схожесть производственных процессов на различных предприятиях делает возможным разработку единой платформы для планирования производства. Однако для каждого типа предприятий должны быть разработаны свои модули к этой платформе, ориентированные на производственную деятельность такого предприятия. Для автоматизации сопровождения, а также мониторинга работы программного обеспечения на предприятиях предлагается использовать технологию облачных вычислений, которая позволяет работникам предприятия получать удаленный динамический доступ к услугам, вычислительным ресурсам и приложениям, находящимся в географическом удалении от них. Для решения задач планирования и управления производством используются математические модели и методы для решения оптимизационных задач, в т.ч. задач раскроя, комплектовки и транспортировки материалов, реализованные в виде программного модуля (решателя). В статье предложена архитектура Платформы, основанная на четырех основных уровнях: уровень управления базами данных, уровень сервера приложений, уровень веб-сервера и уровень клиентского программного обеспечения. Для демонстрации возможностей системы был разработан прототип, базирующийся на предложенной архитектуре и использовании решателя для решения задачи на основе матрицы ограничений на примере предприятия целлюлозно-бумажной промышленности. Ключевые слова: Облачные вычисления, планирование производства, вычислительные кластеры.
Статья посвящена описанию разработки и программной реализации системы планирования лесопильным производством. Лесопильное производство является одной из важнейших отраслей деревообрабатывающей промышленности. Цель технологического процесса лесопиления состоит в получении пиломатериалов различного назначения и технологической щепы из круглых лесоматериалов. Задачи, связанные с планированием раскроя сырья, могут быть эффективно решены с использованием системы планирования, что позволяет повысить объемный сортовой, спецификационный и ценностный выход пиломатериалов; а также оперативность составления и корректирования планов раскроя сырья. В статье приводится описание задачи составления объемного плана раскроя пиловочного сырья, позволяющего наиболее эффективно выполнить спецификационное задание с учетом параметров производственного оборудования и особенностей заказов. Для расчета плана применяются методы и алгоритмы решения сложных оптимизационных задач с большим количеством ограничений, реализованные в виде специального программного модуля. В статье также приводится описание прототипа программной системы.
В статье рассматривается обобщенная динамическая модель управления корпоративной информационной системой (КИС), предлагается для коррекции планов ее работы использовать позиционные управления, построенные с использованием метода позиционной оптимизации, приводится обобщенный алгоритм программно-позиционного управления КИС.
В данной работе для непрерывных сплайнов первого порядка лагранжева типа построено вэйвлетное разложение (уточнение) на неравномерной сетке и соответствующие алгоритмы декомпозиции и реконструкции в случаях бесконечного потока (с сеткой на открытом интервале) и конечного потока (с сеткой на отрезке).
Рассматривается задача планирования инновационной деятельности, которая приводит к модернизации производства. Введены определения новации, инновации, инновационной деятельности. Обоснованы показатели качества инновационной деятельности. Определен план инновационной деятельности, сформулировано понятие инновационного потенциала системы, выполнена постановка задачи планирования инновационной деятельности. Предложено решать задачу как оптимизационную задачу распределения ресурсов. Разработан комплекс моделей, позволяющий получить рекуррентные соотношения для расчета значений целевой функции, а затем – пересчитывать эти значения при изменении плана инновационной деятельности. Предложен метод фрагментарно контролируемого случайного поиска, использующий особенности разработанных моделей и решаемой задачи. Описаны алгоритмы пересчета характеристик эффектов инновационной деятельности при решении задачи планирования. Рассмотрен порядок сбора, подготовки исходных данных и интерпретации результатов решения задачи.
В статье предложено полимодельное описание функционирования наземного комплекса управления (НКУ) орбитальной системой (ОрС) космических аппаратов (КА), в основе которого лежит динамическая интерпретация соответствующих процессов. Данный подход открывает широкие перспективы использования достижений современной теории управления для решения прикладных задач, при исследовании которых указанная теория ранее не применялась. В частности, в статье показано, как задачу комплексного планирования работы наземных технических средств (НТСр), входящих в состав НКУ, с помощью метода локальных сечений удается свести к двухточечной краевой задаче. Традиционно задачи данного класса (задачи теории расписаний) решаются с использованием методов математического программирования. Однако в случае большой размерности задач планирования приходится отказываться от точных методов оптимизации решений и прибегать к эвристическим приемам. В статье предлагается оригинальный подход к решению задач теории расписаний большой размерности, основанный на использовании моделей и методов теории оптимального управления.
Различные методы сводных показателей нашли широкое применение в математическом аппарате систем мониторинга и управления для распознания типовых ситуаций и потенциальных опасностей (в терминологии JDL-модели слияния информации). Распознание опасности не является самоцелью процесса слияния информации. Вершиной этого процесса выступает выработка решения о предотвращении выявленных опасностей. В предлагаемой статьерассматривается методологический аппарат выбора варианта стратегии предотвращения выявленной опасности, основанный на интерпретации метода сводных показателей в методах аналитического планирования.
Рассматриваются проблемы создания и применения катастрофоустойчивых систем. Приводятся возможные пути решения задачи управления структурной динамикой катастрофоустойчивых систем в режимах высокой доступности и балансировки нагрузки.
Одной из отличительных особенностей сложных технических объектов (СТО) является изменение их параметров и структур, вызванных объективными и субъективными факторами на различных фазах жизненного цикла СТО. Данная статья посвящена разработке принципов, методов и алгоритмов решения задач комплексного планирования модернизации СТО (информационных систем). Данные методологические и методические основы исследования задач базируются на разрабатываемой авторами теории управления структурной динамикой СТО.
Предложенный метод позволяет вычислять минимальный объем ресурсов необходимых каналу связи для предоставления требуемого качества обслуживания сетевого трафика. Метод базируется на информации о смежных каналах связи и оценках параметров трафика. Если известно, что части сетевого трафика будет отказано в обслуживании, то лучше удалить этот трафик из сети как можно раньше. Предложенный метод был разработан для расчета параметров резервных каналов связи, но может применяться для общесетевого планирования.
Рассмотрены три дисциплины планирования: дисциплина статических приоритетов, дисциплина разделения времени и дисциплина ближайшего срока. Проведено сравнение их характеристик при планировании задач реального времени. Предложен новый, более простой способ доказательства возможности полного использования процессорного ресурса без пиковых перегрузок при использовании дисциплины ближайшего срока.
Предлагается подход к назначению параметров периодичности выполнения задач в синхронных системах реального времени. Приводятся формы представления и процедуры выполнения графиков активизации задач для систем с двоичным и двоично- десятичным ранжированием задач по периодичности их выполнения.
Процессы экстренного торможения в Европейской системе управления поездами (European Train Control System (ETCS)) связаны со ступенчатым регулированием ускорения (замедления) в зависимости от способности торможения поезда, данных рельефа и меняющейся погоды на маршруте движения. Эти процессы являются определяющими в ETCS. Процедура ступенчатого регулирования замедления осуществляется машинистом многократно в процессе торможения до полной остановки поезда. Начало экстренного торможения и его окончание, а так же сам процесс торможения сопровождается многократным импульсным срабатыванием тормозов, что приводит к скачкам замедления и, соответственно, к повышенному износу тормозной системы, снижению комфорта для пассажиров, из чего следует ограничение максимально допустимой скорости движения. В статье предложена новая концепция и методика построения математических моделей кривых экстренного торможения отличных от кривых ETCS и основанных на гармонических полуволнах. Показано, что кривые торможения ETCS описываются известными степенными полуволнами второго порядка. Совместное их исследование даёт основание утверждать, что применение этих кривых приводит к обязательному импульсному режиму срабатывания тормозов. Предложены два новых варианта моделей кривых экстренного торможения, описываемых гармоническими полуволнами. Первый вариант имеет одно импульсное срабатывание тормозов в конце интервала торможения. Второй вариант свободен от тормозных импульсов и позволяет использовать непрерывное регулирование. Эти модели объясняют особенности ETCS, содержат предложения по их устранению, применимы для разработки новых кривых экстренного торможения, которые позволяют плавно осуществлять экстренное торможение поездов. Работоспособность, отличия и преимущества перед кривыми торможения ETCS показаны на результатах математического моделирования процессов экстренного торможения.
В статье предложены постановка и численная схема решения задачи фильтрации оценок информационного воздействия средств масс-медиа на электорат, позволяющие с высокой степенью точности на заданном интервале наблюдения определить число индивидов в обществе, отдающих предпочтение определенному политическому субъекту (мнению). Основу постановки задачи составляет математическая модель оценки информационного воздействия на электорат при проведении выборных кампаний, которая сводится к решению стохастического дифференциального уравнения – уравнения состояния. Его исследование при составлении модели фильтрации оценок информационного воздействия предложено свести к численному решению уравнения Дункана–Мортенсена–Закаи при введении дополнительного уравнения наблюдения, которое получается из уравнения состояния при оценке его стохастических компонент (наблюдаемые интенсивности агитации от разнородных средств масс-медиа) методами полиспектрального анализа. Решение уравнения Дункана–Мортенсена–Закаи выполнено в проекционной постановке метода Галёркина при сведении к системе линейных дифференциальных уравнений и получении ее решения при дискретизации интервала анализа на подинтервалы и использования метода матричной экспоненты. Для уточнения особенностей алгоритмической реализации составленной численной схемы сформирована рекурсивная процедура численной фильтрации оценок информационного воздействия, представленная в виде псевдокода. Для наглядного сравнения результативности сформированного численного решения задачи нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия средств масс-медиа на электорат проведены расчеты на тестовых выборках большого объема для различных значений количества политических субъектов (мнений) и числа подгрупп, на которые разделяется разнородный социум (электорат). Под результативностью решения понимается апостериорно вычисленная зависимость вероятности принятия ошибочного решения о победе политического субъекта-лидера от дисперсионных параметров нестационарных негауссовских шумов наблюдаемых интенсивностей агитации. Зависимости результативности предложенного решения сравнены с результатами непосредственного численного решения систем уравнений состояния и наблюдения.
Фотоактивация растений посредством лазерной обработки является перспективным направлением развития современного аграрного производства. Обработка растений излучением с заданными характеристиками стимулирует развитие растений, формирование генеративных признаков и рост урожайности. Для автоматизации процесса фотоактивации больших посевных площадей предложен подход, основанный на использовании специализированной лазерной установки, монтируемой на беспилотный летательный аппарат (БпЛА). При помощи БпЛА можно производить лазерную обработку сельскохозяйственных полей большой площади при минимальных затратах временных и человеческих ресурсов. В работе предложен алгоритм расчета траектории для равномерного покрытия прямоугольного участка земли лазерным излучением с заданными характеристиками. Приводится методика расчета требуемой мощности лазерной установки в зависимости от высоты и времени полета БпЛА. Преимуществом разработанного подхода является его универсальность, поскольку данный подход учитывает характеристики лазерного устройства и может применяться с устройствами различного типа. В зависимости от параметров лазера алгоритм строит такую траекторию для БпЛА, чтобы облучение всходов растений было равномерным на протяжении всего процесса обработки. При проведении полевых экспериментов при движении БпЛА вдоль рассчитанной траектории со скоростью 0,3 м/c время обработки поля длиной в 200 м и шириной 1 м составило 9 мин. Результаты полевых экспериментов показывают, что лазерное облучение для большей части изучаемых культур увеличило урожайность и высоту травостоя (у злаковых – для четырех из шести культур, у бобовых – для четырех из пяти изучаемых культур). Предлагаемый алгоритм построения пути для равномерного лазерного облучения участка учитывает площадь проекции лазерного излучения для обеспечения требуемых характеристик обработки поля.
Рассматривается процедура корректировки траектории движения робототехнической платформы (РТП) на плоскости с целью снижения вероятности её поражения/обнаружения в поле конечного числа источников-репеллеров. Каждый из таких источников описан математической моделью некоторого фактора противодействия целостности или скрытности РТП. Указанная процедура основана, с одной стороны, на понятии характерной вероятностной функции системы источников-репеллеров, позволяющем оценивать степень влияния этих источников на движущуюся РТП. Из этого понятия вытекает используемая здесь в качестве показателя оптимизации целевой траектории вероятность её успешного прохождения. С другой стороны, эта процедура базируется на решении локальных оптимизационных задач, позволяющих корректировать отдельные участки исходной траектории с учетом нахождения в их окрестностях конкретных источниковрепеллеров с заданными параметрами. Каждый из таких источников характеризуется потенциалом, частотой воздействия, радиусом действия и параметрами спада поля. Корректировка траектории происходит итерационно и учитывает целевое значение вероятности прохождения. Основным ограничением на вариацию исходной траектории является максимально допустимое отклонение измененной траектории от исходной. Если такого ограничения нет, то задача может потерять смысл, поскольку тогда можно выделить область, охватывающую все препятствия и источники, и обойти её по периметру. Поэтому осуществляется поиск такого локального экстремума, который соответствует допустимой кривой в смысле указанного ограничения. Предлагаемая в настоящей работе итерационная процедура позволяет проводить поиск соответствующих локальных максимумов вероятности прохождения РТП в поле нескольких произвольно расположенных и ориентированных источников в некоторой окрестности исходной траектории. Вначале ставится и решается задача оптимизации траектории при условии движения в поле одного источника с областью действия в виде кругового сектора, затем полученный результат распространяется на случай нескольких аналогичных источников. Основной проблемой исследования является выбор общего вида функционала в каждой точке исходной кривой, а также его коэффициентов настройки. Показано, что выбор этих коэффициентов настройки есть адаптивная процедура, входными переменными которой являются характерные геометрические величины, описывающие текущую траекторию в поле источников. Для устранения осцилляций, возникающих вследствие локальности предлагаемой процедуры, применяются стандартные процедуры медианного сглаживания. Результаты моделирования показывают высокую эффективность предложенной процедуры для корректировки ранее спланированной траектории.
Рассматривается задача планирования движения мобильного робота в конфликтной среде, которая характеризуется наличием областей, препятствующих выполнению роботом поставленных задач. Дается обзор основных результатов планирования пути в конфликтных средах. Отдельное внимание уделяется подходам, основывающимся на функциях рисков и вероятностных методах. Рассматриваются конфликтные области, которые формируются точечными источниками, генерирующими в общем случае несимметричные поля непрерывного типа. Предлагается вероятностное описание таких полей, примерами которых являются вероятность обнаружения или поражения мобильного робота. В качестве характеристики поля вводится понятие характерной вероятности функции источника, которая позволяет оптимизировать движение робота в конфликтной среде. Показана связь характерной вероятности функции источника и функции риска, которая может быть использована для постановки и решения упрощенных оптимизационных задач. Разрабатывается алгоритм планирования пути мобильного робота, обеспечивающий заданную вероятность прохождения конфликтной среды. Получена верхняя оценка вероятности прохождения заданной среды при фиксированных граничных условиях. Предложена процедура оптимизации пути робота в конфликтной среде, которая характеризуется более высокой вычислительной эффективностью, достигаемой за счет ухода от поиска точного оптимального решения к субоптимальному. Предложенные алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения симулятора группы наземных роботов и исследуются методами численного моделирования.
Исследуются коммуникационные сети и информационные взаимодействия в низкоорбитальных многоспутниковых группировках, выполняющих задачи дистанционного зондирования Земли. Исследования вопросов создания коммуникационной сети в данном случае является необходимым условием, так как возможности и эффективность информационного взаимодействия непосредственно зависят от возможностей сети связи. В основе создания коммуникационной сети, устойчивой к разрывам и задержкам в каналах связи, рассматривается DTN (от англ. Delay-and-Disruption Tolerant Networking) технология, а в основе маршрутизации сообщений — CGR (от англ. Contact Graph Routing) подход. Эти технология и подход в оригинале разрабатываются и используются для обеспечения связи с космическими аппаратами, находящимися в далеком космосе. Поэтому в работе рассматриваются вопросы и задачи, возникающие в связи с использованием DTN технологии и CGR метода маршрутизации применительно к низкоорбитальным спутниковым группировкам. Целью исследования информационного взаимодействия является разработка эффективных схем (протоколов) взаимодействия. Анализируются схемы информационного взаимодействия, которые могут использоваться группировкой спутников при автономном планировании поступающих заявок на дистанционное зондирование Земли. Наряду с автономным планированием также исследуется информационное взаимодействие, которое может использоваться для реализации сетевого управления группировкой спутников в случае наземного планирования. Эффективность схем информационного взаимодействия оценивается оперативностью выполнения заявок. Измерение оценок оперативности выполняется на основе имитационного моделирования коммуникационной сети и соответствующей схемы информационного взаимодействия.
Когнитивная радио-ad-hoc-сеть (CRAHN) — это безынфраструктурная сетевая модель когнитивного радио, разработанная для ситуативного применения. Регулирование распределения ресурсов в CRAHN может быть рассмотрено как проблема ограничения энергии. Эффективному распределению спектра с использованием различных протоколов посвящено множество исследований. В этой работе модель Spectrum-Map-Empowered Opportunistic Routing (SMOR) была использована в качестве фундаментальной модели маршрутизации данны. Представлено решение по энергоэффективному оптимальному распределению спектра. Улучшена ранее модифицированная модель SMOR для энергоэффективного и оптимального распределения ресурсов с использованием алгоритма вершинного поиска с аппроксимацией на основе градиента. Изначально проблема распределения ресурсов была смоделирована как проблема невыпуклой оптимизации. Распределение мощности, адаптация скорости передачи данных, распределение каналов и политика пользовательского планирования оптимизированы для максимизации энергоэффективности во время передачи данных. Предлагаемый алгоритм вершинного поиска решает проблему оптимизации путем определения интервала обучения для определения канала и распределения энергии. Экспериментальные результаты подтверждают, что предлагаемая модифицированная модель SMOR(VS-M-SMOR), основанная на вершинном поиске, обеспечивает оптимальное распределение ресурсов.
В настоящей работе рассмотрена задача распределения ролей при составлении общего плана действий в коалиции когнитивных агентов. Когнитивные агенты реализуют основные функции интеллектуального агента с использованием моделей когнитивных функций человека, к которым относятся применяемые в данной работе функции обучения концептуальным знаниям и планирования коллективного поведения. В работе представлен оригинальный метод распределения ролей — алгоритм MultiMAP, основанный на знаковом способе планирования поведения агента. Представлены основные особенности описываемого подхода, включающие способы представления знаний агента о себе и о других агентах, способы знаковой коммуникации и сохранения опыта кооперации с другими агентами. Описаны модельные эксперименты, демонстрирующие основные преимущества представленного подхода и некоторые недостатки, на устранение которых направлена будущая работа в данном направлении.
Представлен анализ современного состояния исследований по проблеме борьбы с астероидной опасностью, который показал необходимость создания многоуровневой системы поражения астероидов. Приведены разработанные авторами математические модели и исследованы характеристики окололунной системы поражения астероидов. Получены оценки пространственно-временных характеристик и вероятностей поражения астероидов в узловых точках для одного космического аппарата-перехватчика (КАП), на основе которых сделаны выводы о потенциальной эффективности создания такой системы и указаны основные направления дальнейших исследований. Предложена оригинальная динамическая модель планирования применения окололунной системы поражения астероидов группировкой КАП. Проанализированы и обоснованы подходы к решению задач моделирования и планирования ее применения, базирующиеся на комбинированном использовании математического аппарата современной теории оптимального управления и исследования операций. Показано, что разработанное к настоящему времени модельно-алгоритмическое обеспечение можно использовать не только для окололунной, но и на других уровнях системы поражения астероидов.
Рассмотрена актуальная проблема совместного влияния развитой атмосферной турбулентности, рассеивающей молекулярно-аэрозольной атмосферы и параметров бортовой оптической аппаратуры на качество спутниковой многоспектральной видеоинформации о природной среде, получаемой при дистанционном зондировании Земли из космоса в видимой области спектра λ=400-850нм. Представленные результаты получены в рамках теории динамических систем и Фурье-преобразований линейных оптических сигналов. При анализе указанной проблемы использованы репрезентативные данные о вертикальной зависимости структурной функции атмосферной турбулентности, характеристиках бортовой оптической аппаратуры и параметрах пространственно-частотной фильтрации космической видеоинформации, определяемых многократным некогерентным рассеянием солнечных фотонов в подсистеме «молекулярно-аэрозольная атмосфера Земли – горизонтально-неоднородная подстилающая поверхность». Рассчитаны соответствующие передаточные функции и частотно-контрастные характеристики общего комплексного оптического канала. Показано, что в этом случае качество космических изображений и спектров яркости наземных (надводных) объектов среднего (Δ~10–10 2 м) и низкого (Δ~10 3 –10 4 м) пространственного разрешения практически не зависит от атмосферной турбулентности. При этом ее влияние по сравнению с многократным некогерентным молекулярно-аэрозольным рассеянием и бортовым оптическим регистратором наиболее существенно только для наиболее высокочастотных и мелкомасштабных фрагментов космических изображений (Δ<<10м).
В статье на примере задач, возникающих при исследовании свойств продукции военного назначения, выпускающейся на предприятиях оборонно-промышленного комплекса, описаны задачи исследования операционных и обменных свойств сложных технических систем. Операционные свойства систем характеризуют результаты (эффекты) функционирования систем (к операционным свойствам, в частности, отнесены эффективность функционирования системы для достижения заданной цели, потенциал системы), а обменные свойства характеризуют обмен результатами функционирования (к таким свойствам отнесены конкурентоспособность изделия, конкурентоспособность предприятия). Показано, что обменные свойства систем целесообразно изучать, используя концепцию и методологию оценивания операционных свойств систем. Введены показатели оценивания операционных свойств и на их основе введены показатели обменных свойств систем, допускающие свое прогнозное оценивание на математических моделях, что дает возможность решать спектр актуальных задач исследования операционных и обменных свойств систем. На примере одной из решаемого класса задач выполнена постановка задач исследования операционных и обменных свойств систем.
Фундаментальное свойство пространственно-угловой симметрии полей излучения плоского однородного слоя конечной оптической толщины используется для усовершенствования численно-аналитических методов и упрощения соответствующих алгоритмов классической теории переноса излучения. Вводится новое понятие этой теории (фотометрические инварианты), с помощью которого формулируется принцип зеркального отображения (симметрии) полей излучения природных сред. Для применения этого принципа модифицируется основная краевая задача теории переноса излучения для плоских однородных сред в терминах введенных величин. Упрощения алгоритмов численного моделирования скалярных полей излучения таких сред проведено для хорошо известных методов сферических гармоник, дискретных ординат, а также методов Гаусса-Зайделя, Кейза и Ханта-Гранта. Показано, что использование фотометрических инвариантов скалярных полей излучения существенно повышает эффективность их численного моделирования.
В работе описывается один из возможных подходов к автоматизации медико-биологических исследований. Подход заключается в построении конфигурации — системы взаимосвязанных и взаимоувязанных планов и сценариев. В работе приводятся примеры реальных медико-биологических исследований, в каждом из которых строится своя конфигурация. В результате обобщения рассмотренных конфигураций формируется набор основных компонентов, допускающих непосредственную программную реализацию, и строится конфигурация, которую можно использовать как типовую при разработке программно-инструментальных систем, предназначенных для проведения медико-биологических исследований.
Определяются операционные свойства – свойства систем и процессов их функционирования, характеризующие их приспособленность к достижению целей деятельности. Рассмотрены классы практических задач, ведущих к необходимости оценивания операционных свойств – таких, как потенциал систем, эффективность, результативность, экономичность использования систем и других аналогичных операционных свойств. Вскрыта проблема исследования операционных свойств систем и процессов их функционирования, предложена концепция ее решения. Концепция основывается на использовании синтетических отношений – взаимосвязанных, вложенных и иерархичных – и на использовании метода исследования на основе построения таких синтетических отношений. В рамках концепции предложены унифицированные концептуальные схемы оценивания операционных свойств, используемых в отечественной практике, таких, как потенциал систем, эффективность, экономичность и аналогов используемых за рубежом свойств efficacy, performance, efficiency, effectiveness, capabilities. Предложена концепция моделирования в задачах исследования операционных свойств систем и процессов их функционирования. Приведены модели синтетических отношений и их использование для оценивания показателей операционных свойств систем и процессов их функционирования.
Рассматривается процесс решения задач исследования потенциала систем и эффективности их функционирования и автоматизация процессов решения этих задач. Задачи исследования потенциала систем относятся к классу новых задач, решение которых должно улучшить функционирование ряда систем, в состав которых входят взаимодействующие коллективы людей и комплексы технических устройств. Приведены примеры практически важных задач исследования потенциала систем и эффективности процессов их функционирования и источники проблемности при их решении. Вскрыта проблема решения задач исследования потенциала систем и эффективности их функционирования. Введен основной принцип исследования – принцип «погружения». На основе использования принципа «погружения» обоснованы требования к моделированию в задачах исследования потенциала систем и эффективности их функционирования, к методам и к информационным технологиям решения этих задач.
Предложен многомодельный (полимодельный) подход к описанию и исследованию процессов управления космическими средствами (КСр) в условиях, когда их параметры и структуры изменяются под действием объективных (субъективных), внешних (внутренних) причин. Предлагаемый полимодельный комплекс позволяет при решении задач управления структурной динамикой СУ КСр осуществлять поиск альтернатив не в дискретных, а в конечномерных пространствах, существенно сократить размерность задач структурно-функционального синтеза СУ КСр, решаемых в каждый момент времени, непосредственно формально связать технологию управления космическими аппаратам с результатами их применения по целевому назначению. Конструктивность разработанного подхода иллюстрируется на примере расчета целевых и информационно-технологических возможностей СУ КСр.
Дан краткий перечень ключевых результатов по анализу выполнимости приложений реального времени, реализуемых на многоядерных процессорах с исполь- зованием различных дисциплин планирования. Для дисциплин планирования со стати- ческими приоритетами задач предложен метод оценки времени отклика задач. Для дис- циплин пропорционального планирования с квантованием и без квантования времени даны оценки числа точек перепланирования и числа переключений контекста.
1 - 25 из 41 результатов